KR101460442B1 - Harmonic Voltage Compensator with Repetitive Controller - Google Patents

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KR101460442B1
KR101460442B1 KR20130061236A KR20130061236A KR101460442B1 KR 101460442 B1 KR101460442 B1 KR 101460442B1 KR 20130061236 A KR20130061236 A KR 20130061236A KR 20130061236 A KR20130061236 A KR 20130061236A KR 101460442 B1 KR101460442 B1 KR 101460442B1
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harmonic
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voltage
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이홍희
전태원
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울산대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to an apparatus for removing the harmonics of a voltage included in a point of common coupling in a voltage compensator and, more particularly, to a voltage compensator capable of forming a sine wave regardless of the kind of a load by removing all odd harmonics included in the point of common coupling using two repetitive controllers.

Description

반복 제어기를 이용한 고조파 전압 보상 장치{Harmonic Voltage Compensator with Repetitive Controller}[0001] Harmonic Voltage Compensator with Repetitive Controller [

본 발명은 전압 보상 장치에 있어서, 공통 단자(Point of Common Coupling)에 포함된 전압 고조파를 제거하는 장치에 대한 것으로, 보다 구체적으로는 두 개의 반복 제어기(Repetitive Controller)를 이용하여 공통 단자(Point of Common Coupling)에 포함된 모든 홀수차 고조파를 제거함에 따라 부하의 종류에 관계없이 정현파를 만들어 주는 전압 보상 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a device for eliminating voltage harmonics included in a common terminal (Point of Common Coupling) in a voltage compensation device, and more particularly, to a device for eliminating voltage harmonics contained in a common terminal (Point of Common Coupling) using two repetitive controllers Common Coupling) to eliminate all odd harmonics and to make a sine wave irrespective of the type of load.

전압 보상 장치는 부하에 공급되는 전압이 부하의 불균형이나 비선형성에 의해 왜곡되는 것을 방지하는 장치로서, 전압이 공급될 때 고조파 성분에 의해 전압이 왜곡되는 현상을 제거하여 왜곡되지 않은 정현파 전압을 부하에 제공할 수 있도록 한다.The voltage compensating device is a device for preventing the voltage supplied to the load from being distorted due to the unbalance or nonlinearity of the load. It eliminates the phenomenon that the voltage is distorted by the harmonic component when the voltage is supplied so that the undistorted sinusoidal voltage is applied to the load .

이와 같은 전압이 왜곡되는 것을 방지하면서 전기를 부하에 공급하는 방법으로는, 전력 회사의 도움을 받아 전기 공급을 조절하는 계통 연계형(grid-connected operation)과 자체적으로 전기를 생산하고 이를 전력 회사들의 도움 없이 부하에 직접 전기를 공급하는 독립형(stand-alone)이 있으며, 전압 보상 장치는 이러한 독립형(stand-alone) 방식의 전기 공급 장치에서 사용된다. 독립형(stand-alone) 방식의 경우 전력 회사의 도움 없이 자체적으로 전기를 생산하여 부하에 제공하기 때문에 전압을 제공하는 과정에서 왜곡된 신호들이 다수 존재할 수 있으며, 자체적인 시스템으로 동작하기 때문에 내부적으로 이러한 왜곡 신호들을 제거하여 부하에 전기를 공급해야 할 필요성 있어 상기와 같은 전압 보상 장치를 이용하게 된다.Methods of providing electricity to the load while preventing such voltages from distorting include grid-connected operations that regulate the supply of electricity with the help of utility companies, There is a stand-alone system that supplies electricity directly to the load without assistance, and the voltage compensation device is used in such a stand-alone electrical supply system. In the case of a stand-alone system, there are many distorted signals in the process of providing the voltage because the electricity is produced and supplied to the load without the help of the utility company. Since the system operates as its own system, It is necessary to remove the distortion signals and supply electric power to the load.

최근, 재사용 에너지에 대한 사용 증가에 따라, 자가 발전 시스템이 활성화되고 있으며, 전기 공급이 원활하지 않은 도시에서 자체적으로 전기를 생산하여 공급해야 할 필요성이 생김에 따라 상기와 같이 독립형(stand-alone)의 전기 공급 방식에 대한 관심이 증가하고 있으며, 이러한 독립형 시스템에서 왜곡된 전압을 제거하고 원할한 전기 공급을 위해 전압 보상 장치의 필요성이 커지고 있다.In recent years, as the use of reuse energy has increased, a self-generated power system has been activated, and it has become necessary to produce and supply electricity in a city where electricity supply is not smooth. Thus, There is an increasing demand for a voltage compensation device for eliminating distorted voltages and supplying a sufficient amount of electricity.

보다 구체적으로, 도 1을 참조하면 독립형(stand-alone) 시스템은 분산 전원 장치(Distributed Generation system, DG)(110), 공통 단자(Point of Common Coupling, PCC)(120), 및 부하(Load)(130)로 구성되어 있으며, 상기 분산 전원 장치(110)에서 생성된 정현파가 상기 공통 단자(120)를 통해 공급되게 되는데 이때 상기 부하(130)가 불균형이거나, 비선형이면 공급되는 정현파는 고조파 성분을 포함되게 되며, 왜곡된 전압이 공급되게 된다.1, a stand-alone system includes a Distributed Generation System (DG) 110, a Point of Common Coupling (PCC) 120, and a Load A sinusoidal wave generated by the distributed power source unit 110 is supplied through the common terminal 120. If the load 130 is unbalanced or nonlinear, And a distorted voltage is supplied.

이러한 왜곡된 전압에 대한 보정을 수행하기 위해서 기존에는 다수의 참조 프레임(reference frame)의 PI controller, predictive control, adaptive control, multiple resonant controller 및 repetitive control 등이 이용되었다.In order to compensate for such a distorted voltage, PI controller, predictive control, adaptive control, multiple resonant controller and repetitive control of a plurality of reference frames have been used.

그러나, PI controller는 단일 전압 신호에 대해서만 조절 가능하기 때문에 다양하게 조합된 전압 신호가 존재하는 시스템에서 다수의 PI controller가 필요해 시스템이 복잡해질 수 있고, Predictive Control은 우수한 성능 및 빠른 응답을 기대할 수 있으나, 시스템 파라미터에 지나치게 의존적어서 시스템이 변경되면 치명적일수 있으며, Adaptive Control은 부하의 전류를 측정함에 따라 부하의 전압을 조절할 수 있으나 부하가 변경되면 별도의 작업이 필요하다는 불편함이 있으며, Resonant Controller은 하나의 특정 전압 신호에 대한 보상만 가능하여 다수의 Resonant Controller가 필요하다는 단점이 있다.However, since the PI controller is adjustable only for a single voltage signal, the system can be complicated due to the necessity of a plurality of PI controllers in a system in which various combinations of voltage signals are present. Predictive control can expect excellent performance and quick response Adaptive Control can regulate the load voltage by measuring the load current, but there is an inconvenience that a separate operation is required when the load is changed. The Resonant Controller There is a disadvantage in that a plurality of resonant controllers are required because only one specific voltage signal can be compensated.

이런 다양한 형태의 보상 방법의 문제점을 해결하기 위한 대안으로 반복 제어기(repetitive controller)를 이용한 전압 보상 방법이 제시되었다. 반복 제어기의 경우 우수한 성능을 제공할 수 있으나, 단지 하나의 지배적인(dominant) 신호 성분에 대한 보상만이 가능하여 다수의 고조파 신호(harmonic voltage controller)가 존재하는 경우 모든 고조파를 제거하는데 한계가 있다는 단점이 존재하였다.A voltage compensation method using a repetitive controller has been proposed as an alternative to solve the problems of various types of compensation methods. The iterative controller can provide excellent performance, but only a single dominant signal component can be compensated so that there is a limit to removing all harmonics when there are multiple harmonic voltage controllers Disadvantages existed.

또한, 도 2를 참조하면 기존의 PI controller(203) 및 반복 제어기(204)를 이용한 전압 보상 장치(202)에서는 PI controller(203)가 상기 공통 단자(201) 전압의 기본 주파수 성분에 대한 제어를 수행하고, 상기 반복 제어기(204)는 선로 저항 및 부하의 불균형에 의해 고조파가 포함되어 정현파가 왜곡되는 것을 방지하는 역할을 수행하였다. 하지만 기존의 상기 전압 보상 장치(202)는 하나의 반복 제어기(204)만을 사용하기 때문에 하나의 지배적인(dominant) 신호에 대한 보상만이 가능하여 응답 속도가 느리고 시간 지연이 존재하여 부하가 급격하게 변하는 경우에는 효과적으로 전압을 보상할 수 없다는 문제점이 있었다.
2, in the voltage compensator 202 using the conventional PI controller 203 and the repetitive controller 204, the PI controller 203 controls the basic frequency component of the voltage of the common terminal 201 And the repetitive controller 204 has a role of preventing harmonic waves from being distorted due to line resistance and load imbalance. However, since the conventional voltage compensating apparatus 202 uses only one repetition controller 204, only a single dominant signal can be compensated for, resulting in a slow response time and a time delay, There is a problem that the voltage can not be compensated effectively.

미국 등록 특허 7,904,495US registered patent 7,904,495 한국 등록 특허 10-1212830Korean Patent No. 10-1212830

본 발명은 두 개의 반복 제어기를 이용하여 공통 단자전압의 모든 홀수 고조파를 제거하도록 함에 따라, 공통 단자 전압을 보상함과 동시에 빠른 응답 속도를 가지는 전압 보상 장치를 제공하는데 있다.
The present invention is to provide a voltage compensation device that compensates for a common terminal voltage and has a fast response speed by eliminating all odd harmonics of a common terminal voltage by using two repetitive controllers.

본 발명의 일 측면에 따른 고조파 전압 보상 장치는 공통 단자의 왜곡 전압을 보상하는 고조파 전압 보상 장치에 있어서, 상기 공통 단자로 들어오는 입력 신호를 입력 전원 주파수와 같은 각속도를 갖는 회전 좌표계로 변환하여 제 1 고조파 성분을 제거하는 제 1 반복 제어기; 및 상기 공통 단자로 들어오는 상기 입력 신호를 고정 좌표계로 변환하여 제 2 고조파 성분을 제거하는 제 2 반복 제어기를 포함하고, 상기 제 1 및 상기 제 2 반복 제어기에 의해 홀수차 고조파가 제거된 상기 입력 신호가 부하에 공급되는 것을 특징으로 하는 고조파 전압 보상 장치를 제공한다. 이때, 상기 제 1 반복 제어기는 제 1 입력 신호 대비 제 1 출력 신호 값인 제 1 전달 함수를 가지며, 상기 제 1 전달 함수의 시간 지연 여부를 판단하는 제 1 시간 지연부; 상기 제 1 전달 함수의 위상차를 판단하는 제 1 위상 제어부; 입력 주파수에 따른 상기 제 1 전달함수 게인을 조절하는 제 1 게인 결정부; 및 상기 입력 주파수에 따라 상기 입력 신호를 필터링하는 제 1 신호 필터부;를 포함할 수 있으며,상기 제 1 고조파는 6n

Figure 112013047935152-pat00001
1(n은 자연수)인 고조파 성분이고, 상기 제 1 전달함수 게인이 상기 제 1 고조파의 주파수에서 최대값을 가지도록 상기 제 1 전달함수의 계수를 제어하여 상기 입력 신호의 상기 제 1 고조파 성분과 결합되도록 하는 것을 특징으로 하는 고조파 전압 보상 장치를 제공할 수 있다.A harmonic voltage compensating apparatus according to one aspect of the present invention is a harmonic voltage compensating apparatus for compensating for a distortion voltage of a common terminal. The harmonic voltage compensating apparatus includes a first harmonic voltage compensating unit for converting a first input signal to a common coordinate, A first repetition controller for removing harmonic components; And a second repetitive controller for converting the input signal coming into the common terminal into a fixed coordinate system to remove a second harmonic component, wherein the first and second repetitive controllers output the input signal having the odd- Is supplied to the load. The first repetition controller has a first transfer function, which is a first output signal value relative to the first input signal, and includes a first time delay unit for determining whether the first transfer function is time delayed or not. A first phase control unit for determining a phase difference of the first transfer function; A first gain determiner for adjusting the first transfer function gain according to an input frequency; And a first signal filter for filtering the input signal according to the input frequency, wherein the first harmonics include 6n
Figure 112013047935152-pat00001
1 (where n is a natural number), and controls the coefficients of the first transfer function so that the first transfer function gain has a maximum value at the frequency of the first harmonic, so that the first harmonic component of the input signal and So that the harmonic voltage compensation device can be provided.

또한, 상기 제 1 신호 필터부는 상기 제 1 전달 함수의 위상을 변화시키지 않는 저역 통과 필터인 것을 특징으로 하는 고조파 전압 보상 장치일 수 있다.Also, the first signal filter unit may be a low-pass filter that does not change the phase of the first transfer function.

또한, 상기 제 2 반복 제어기는 제 2 입력 신호 대비 제 2 출력 신호 값인 제 2 전달 함수를 가지며, 상기 제 2 전달 함수의 시간 지연 여부를 판단하는 제 2 시간 지연부; 상기 제 2 전달 함수의 위상차를 판단하는 제 2 위상 제어부; 입력 주파수에 따른 상기 제 2 전달함수 게인을 조절하는 제 2 게인 결정부; 및 상기 입력 주파수에 따라 상기 입력 신호를 필터링하는 제 2 신호 필터부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고조파 전압 보상 장치를 제공할 수 있다.The second repetition controller may include a second time delay unit having a second transfer function which is a second output signal value relative to the second input signal and determining whether the second transfer function is time delayed or not; A second phase control unit for determining a phase difference of the second transfer function; A second gain determiner for adjusting the second transfer function gain according to an input frequency; And a second signal filter for filtering the input signal according to the input frequency.

이때, 상기 제 2 고조파는 6n

Figure 112013047935152-pat00002
3(n은 자연수)인 고조파 성분이고, 상기 제 2 전달함수의 게인이 상기 제 2 고조파의 주파수에서 최대값을 가지도록 상기 제 2 전달함수의 계수를 제어하여 상기 입력 신호의 제 2 고조파 성분과 결합되도록 하는 것을 특징으로 하는 고조파 전압 보상 장치일 수 있으며, 상기 제 2 신호 필터부는 상기 제 2 전달 함수의 위상을 변화시키지 않는 저역 통과 필터인 것을 특징으로 하는 고조파 전압 보상 장치일 수 있다.
At this time, the second harmonic is 6n
Figure 112013047935152-pat00002
(N is a natural number), and controls the coefficient of the second transfer function so that the gain of the second transfer function has a maximum value at the frequency of the second harmonic, so that the second harmonic component of the input signal And the second signal filter unit is a low-pass filter that does not change the phase of the second transfer function. The harmonic voltage compensator may be a harmonic voltage compensator.

본 발명은 두 개의 반복 제어기를 이용하여 전압 보상 장치를 설계함에 따라 모든 홀수차 고조파를 제거함과 동시에 지연 시간을 감소시켜 응답 속도를 빠르게 할 수 있다는 효과가 있다.
The present invention has the effect of eliminating all the odd-order harmonics and reducing the delay time and speeding up the response speed by designing the voltage compensator using two repetitive controllers.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부하에 전압이 공급되는 과정에 대한 개력적인 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 PI controller 및 반복 제어기가 적용되어 부하에 전압이 공급되는 과정에 대한 개략적인 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 분산 전원 장치에 다양한 형태의 부하가 연결될 때의 전압 특성을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서 분산 전원 장치에 반복 제어기가 적용되는 과정에 대한 개략적인 도면,
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서 제 1 반복제어기의 구성요소를 나열한 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 반복제어기의 구성요소를 나열한 도면,
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 반복 제어기의 동작 방법에 대한 개략적인 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 두 개의 반복 제어기가 적용된 시스템에 대한 개략적인 도면이다.
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a process of supplying a voltage to a load according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a process of supplying a voltage to a load by applying a PI controller and a repetitive controller according to an embodiment of the present invention;
3 is a graph showing voltage characteristics when various types of loads are connected to a distributed power source apparatus according to an embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a schematic diagram of a process in which a repetitive controller is applied to a distributed power supply according to a preferred embodiment of the present invention,
FIG. 5 is a diagram illustrating the components of a first repetitive controller as a preferred embodiment of the present invention,
FIG. 6 is a diagram illustrating the components of a second repetitive controller according to an embodiment of the present invention;
FIG. 7 is a schematic diagram of a method of operating a repeater controller according to a preferred embodiment of the present invention,
8 is a schematic diagram of a system to which two repetitive controllers are applied in accordance with an embodiment of the present invention.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예들을 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 분산 전원 장치에 다양한 형태의 부하가 연결될 때의 전압 특성을 나타낸 도면이다.3 is a graph showing voltage characteristics when various types of loads are connected to a distributed power source apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면,

Figure 112013047935152-pat00003
는 선로의 저항(302),
Figure 112013047935152-pat00004
는 선로의 인덕턴스(303),
Figure 112013047935152-pat00005
는 공통 단자 전압(304)이며,
Figure 112013047935152-pat00006
는 입력 전압(301)이다. 상기 입력 전압(301)을 기준으로 상기 분산 전원 장치를 통해 상기 공통 단자에 제공되는 전압은 상기 선로의 저항(302) 및 상기 선로의 인덕턴스(303)에 의해 크기 및 위상이 변화되며 식은 아래와 같다.Referring to Figure 3,
Figure 112013047935152-pat00003
The resistance of the line 302,
Figure 112013047935152-pat00004
The inductance 303 of the line,
Figure 112013047935152-pat00005
Is a common terminal voltage 304,
Figure 112013047935152-pat00006
Is the input voltage (301). The magnitude and phase of the voltage supplied to the common terminal through the distributed power supply unit based on the input voltage 301 are changed by the resistance 302 of the line and the inductance 303 of the line.

Figure 112013047935152-pat00007
Figure 112013047935152-pat00007

상기 식 1을 살펴 보면 상기 공통 단자 전압(304)은 선로에 흐르는 전류인

Figure 112013047935152-pat00008
과 상기 선로의 저항(302) 및 상기 선로의 인덕턴스(303)에 의해 생기는 손실 값을 상기 입력 전압(301)에서 뺀 값이 되며, 상기 선로의 인덕턴스(303)에 의해서는 위상 변화가 생길 수 있다. 또한, 선로에 흐르는 상기 전류
Figure 112013047935152-pat00009
은 상기 부하의 종류에 따라 변화되는데 불균형 부하(305)에서 상기 전류
Figure 112013047935152-pat00010
은 크기 및 위상이 모두 변하게 된다. 이러한 변화에 의해 상기 공통 단자 전압(304)에서 상기 고조파 성분이 포함될 수 있으며, 이러한 상기 고조파 성분이 포함된 전압이 상기 공통 단자 전압(304)에 걸리게 되면 결과적으로 상기 부하에 왜곡된 전압이 생기게 된다.Referring to Equation 1, the common terminal voltage 304 is a current flowing in the line
Figure 112013047935152-pat00008
A resistance value of the line 302 and an inductance 303 of the line are subtracted from the input voltage 301 and a phase change may be caused by the inductance 303 of the line . Also, the current flowing in the line
Figure 112013047935152-pat00009
Is varied depending on the type of the load. In the unbalanced load 305,
Figure 112013047935152-pat00010
Both the magnitude and the phase are changed. By this change, the harmonic component can be included in the common terminal voltage 304. When a voltage including the harmonic component is caught by the common terminal voltage 304, a distorted voltage is generated in the load .

본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 부하가 3상 다이오드 정류기인 경우를 살펴보면, 상기 3상 부하의 경우에는 기본 주파수In a preferred embodiment of the present invention, when the load is a three-phase diode rectifier, in the case of the three-phase load,

에 대해서 6n

Figure 112013047935152-pat00011
1(n은 자연수)의 고조파를 시스템에 포함되게 된다. 이는 상기 부하가 3상으로 구성되어 있는바, 서로 다른 3개의 위상 값이 존재하기 때문인 것으로 일반적으로 알려진 사실이다. 이러한 값을 상기 공통 단자 전압을 구하는 식에 적용하면 하기와 같이 된다.6n for
Figure 112013047935152-pat00011
1 (n is a natural number) harmonics are included in the system. This is generally known to be due to the fact that the load is composed of three phases and that there are three different phase values. This value is applied to the equation for obtaining the common terminal voltage as follows.

Figure 112013047935152-pat00012
Figure 112013047935152-pat00012

상기의 식에서

Figure 112013047935152-pat00013
Figure 112013047935152-pat00014
은 기본 주파수만이 포함되었을 경우의 전압 및 전류를 의미하며
Figure 112013047935152-pat00015
은 고조파 성분에 대한 부하 전류를 의미하는 것으로, 상기 식2에서 입력 전압인
Figure 112013047935152-pat00016
이 순수한 정현파의 경우라도 결과 값인 상기 공통 단자 전압은 고조파 성분이 포함된 왜곡된 값인 것을 볼 수 있다. 따라서 실제적으로 필요로 하는 값인 상기 공통 단자 전압이 순수한 정현파가 되기 위해서는 상기 고조파 성분을 보상하여 원상태로 만들기 위한 장치가 필요하며, 이러한 장치로서 상기 반복 제어기를 이용하게 된다.In the above equation
Figure 112013047935152-pat00013
And
Figure 112013047935152-pat00014
Refers to the voltage and current when only the fundamental frequency is included
Figure 112013047935152-pat00015
Denotes a load current for a harmonic component, and in Equation 2,
Figure 112013047935152-pat00016
Even in the case of this pure sine wave, it can be seen that the resultant common terminal voltage is a distorted value including a harmonic component. Therefore, in order for the common terminal voltage, which is a practically necessary value, to be a pure sinusoidal wave, a device is required to compensate for the harmonic component to restore the harmonic component, and the repetitive controller is used as such a device.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 분산 전원 장치에 PI controller 및 반복 제어기가 적용된 도면으로, 도 4를 참조하면, 상기 분산 전원 장치에 상기 PI controller(401) 및 상기 반복 제어기(402)가 적용되어 고조파를 제거하게 된다. 이때 상기 반복 제어기(402)는 상기 분산 전원 장치(110) 및 상기 공통 단자(120) 사이에 포함되어 상기 고조파를 제거하여 상기 공통 단자 전압에 고조파가 제거되어 상기 입력 전압과 동일하게 왜곡되지 않은 전압을 공급할 수 있도록 한다. 이러한 상기 반복 제어기(402)는 상기 식 2에서 상기 고조파 요소와 동일한 형태로서 서로 상반되는 값을 가짐으로서, 상기 식2의 상기 고조파 요소를 상쇄하게 제거함에 따라 기본 주파수만이 존재하여 상기 입력 전원 전압과 동일한 형태의 전압을 상기 부하(130)에 제공하게 된다.4, a PI controller and a repetitive controller are applied to a distributed power supply according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, the PI controller 401 and the repetitive controller 402 To remove the harmonics. At this time, the repetitive controller 402 is included between the distributed power supply 110 and the common terminal 120 to remove the harmonics and remove the harmonics from the common terminal voltage, . The repetitive controller 402 has the same value as the harmonic element in Equation (2), and has a mutually opposite value. By removing the harmonic element of Equation (2) to cancel it, only the fundamental frequency exists, To the load (130).

보다 구체적으로는, 도 5 및 도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예로서 반복제어기의 구성요소를 나열한 도면으로, 도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 반복 제어기는 시간 지연부(501, 601), 위상 제어부(502, 602), 게인 결정부(503, 603) 및 신호 필터부(504, 604)를 포함하며, 상기 구성 요소를 이용하여 상기 반복 제어기의 제 1 및 제 2 전달 함수를 조절함에 따라 상기 식 2에서의 고조파 성분을 제거하게 된다. 상기 구성 요소 중 상기 시간 지연부(501, 601)는

Figure 112013047935152-pat00017
값을 가지며, 이때 N은 기본 주파수 동안의 샘플링 되는 수로서 상기 제 1 및 제 2 전달 함수의 전체 시간 지연 여부를 결정하게 되고, 상기 위상 제어부(502, 602)는
Figure 112013047935152-pat00018
값을 가지면서 상기 제 1 및 제 2 전달 함수의 위상을 조절하게 되며, 상기 게인 결정부(503, 603)는
Figure 112013047935152-pat00019
값을 가지면서 상기 제 1 및 제 2 전달 함수의 게인 값을 조절함에 따라 특정 고조파에 대해서 상쇄할 수 있도록 한다. 또한, 상기 신호 필터부(504, 604)는 Q(z) 값으로 위상을 변화시키지 않으면서 특정 주파수만을 통과시키는 필터 역할을 함으로서, 특정 고조파 성분을 제거할 수 있다.5 and 6 illustrate components of a repetitive controller as a preferred embodiment of the present invention. Referring to FIGS. 5 and 6, the repetitive controller includes time delay units 501 and 601, , Phase control units 502 and 602, gain determination units 503 and 603 and signal filter units 504 and 604 to control the first and second transfer functions of the iterative controller Accordingly, the harmonic components in Equation 2 are removed. Among the components, the time delay units 501 and 601
Figure 112013047935152-pat00017
Where N is the number of samples sampled during the fundamental frequency to determine whether the first and second transfer functions are totally time delayed, and the phase controllers (502, 602)
Figure 112013047935152-pat00018
And controls the phases of the first and second transfer functions while the gain determination units 503 and 603 adjust the phases of the first and second transfer functions
Figure 112013047935152-pat00019
And adjusting the gain values of the first and second transfer functions so as to cancel the harmonics with respect to specific harmonics. In addition, the signal filter units 504 and 604 can remove a specific harmonic component by acting as a filter for passing only a specific frequency without changing the phase to Q (z).

본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서 상기 신호 필터부(504, 604)는 저역 통과 필터 일 수 있으며, 하기와 같은 값을 갖는다.In one preferred embodiment of the present invention, the signal filter units 504 and 604 may be low-pass filters and have the following values.

Figure 112013047935152-pat00020
Figure 112013047935152-pat00020

상기 식을 살펴보면 상기 신호 필터부(504, 604)는 저역 통과 필터로서 주파수가 작은 신호에서 큰 게인 값을 가지고, 주파수가 높은 신호에서 낮은 게인 값을 가지는데, 이는 입력 신호가 높은 주파수를 가지는 경우 시스템이 불안정해지고 상기 공통 단자 전압(304) 값에 대한 왜곡이 심해질 수 있는바, 상기 시스템을 안정시키기 위해서 높은 주파수에서 낮은 게인을 갖도록 하기 위해 적용 된다.The signal filter units 504 and 604 are low-pass filters having a large gain value in a signal having a small frequency and a low gain value in a signal having a high frequency. This is because when the input signal has a high frequency The system is unstable and the distortion to the value of the common terminal voltage 304 can be intensified and is applied so as to have a low gain at a high frequency to stabilize the system.

도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 반복 제어기의 동작 방법에 대한 개략적인 도면으로, 도 7을 참조하면, 상기와 같이 구성요소를 가지는 상기 반복 제어기는 각각 시간 지연부(701)와 상기 위상 제어부(702) 및 상기 게인 결정부(703) 값이 순차적으로 적용되며, 상기 신호 필터부(704)는 피드백 과정으로 적용되게 되어 전체적인 상기 전달 함수를 구성하게 된다. 상기 반복 제어기의 전달함수를 살펴보면 하기와 같다.Referring to FIG. 7, the repetitive controller having the above-described components includes a time delay unit 701, a time delay unit 702, The phase controller 702 and the gain determiner 703 are sequentially applied and the signal filter 704 is applied as a feedback process to form the overall transfer function. The transfer function of the repetitive controller will be described below.

Figure 112013047935152-pat00021
Figure 112013047935152-pat00021

상기 식에서

Figure 112013047935152-pat00022
은 전달함수의 게인, N은 기본 주파수 동안의 샘플링 수,
Figure 112013047935152-pat00023
는 위상 지연값 및 Q(z)는 신호 필터값이며, 상기와 같은 전달 함수에 의해서 상기 반복 제어기를 통해 고조파 성분에 대한 왜곡을 상쇄시킬수 있도록 한다.In the above formula
Figure 112013047935152-pat00022
Is the gain of the transfer function, N is the number of samples during the fundamental frequency,
Figure 112013047935152-pat00023
And the phase delay value Q (z) is a signal filter value, and the distortion of the harmonic component can be canceled through the repetitive controller by the transfer function as described above.

따라서, 상기 반복 제어기는 상기 위상 제어부(702), 상기 게인 결정부(703) 및 상기 신호 필터부(704) 값을 조절함에 따라서 전달함수가 바뀌게 되며, 상기 고조파 성분과 동일한 형태를 가지면서 상반된 값을 가지게 됨에 따라 상기 고조파 성분에 대한 보상을 통해 상기 공통 단자 전압(304)에서 왜곡된 값을 제거하게 된다.Therefore, the repetition controller changes the transfer function according to the values of the phase control unit 702, the gain determination unit 703, and the signal filter unit 704, and has the same shape as the harmonic component, The distorted value is removed from the common terminal voltage 304 by compensating for the harmonic component.

그러나 한 개의 상기 반복 제어기를 이용하여 상기 고조파를 제거하는 경우에는 모든 홀수차 고조파를 제거할 수 없으며, 응답 속도 역시 느려 상기 부하(130)가 급변하는 경우에는 파형이 유지되지 않는다. 따라서 상기와 같이 하나의 상기 반복 제어기만으로 구성된 시스템에서는 왜곡된 신호를 효과적으로 제거하면서 우수한 성능을 갖는 상기 공통 단자 전압(304)을 제공할 수 없는바 두 개의 상기 반복 제어기를 사용한 시스템을 구현하여 왜곡 신호를 제거할 필요성이 있다.However, when the harmonics are removed using one repetition controller, all the odd-order harmonics can not be removed, and when the load 130 suddenly changes due to a slow response speed, the waveform is not maintained. Therefore, in the system configured by only one repeater controller as described above, it is not possible to provide the common terminal voltage 304 having a good performance while effectively removing the distorted signal. Thus, a system using two repeater controllers is implemented, . ≪ / RTI >

도 8은 두 개의 반복 제어기가 적용된 시스템에 대한 개략적인 도면으로, 도 8을 참조하면, 두 개의 상기 반복 제어기를 적용하여 모든 홀수차 고조파를 제거할 수 있다. 구형파에서 짝수차 고조파가 서로 상쇄되어 부하를 왜곡 시키지 않기 때문에 상기와 같이 모든 상기 홀수차 고조파를 제거함에 따라 상기 부하가 왜곡되는 것을 방지하는 것과 동시에 응답 속도를 빠르게 할 수 있다.FIG. 8 is a schematic diagram of a system to which two repetitive controllers are applied. Referring to FIG. 8, two repetitive controllers can be applied to remove all odd order harmonics. Since the even-order harmonics in the square wave do not distort the load, the load can be prevented from being distorted and the response speed can be increased by removing all the odd-order harmonics as described above.

보다 구체적으로 도 8을 참조하면 제 1 반복 제어기(801)은 부하가 3상 부하일 때 발생하는 제 1 고조파 성분인 6n

Figure 112013047935152-pat00024
1(n은 자연수)에 대한 고조파를 보상하여 제거하기 위해 적용된다. 상기 3상 부하는 120
Figure 112013047935152-pat00025
의 위상차가 나는 3개의 부하가 공존하기 때문에 기본 주파수를 기준으로 상기 제 1 고조파인 6n
Figure 112013047935152-pat00026
1(n은 자연수) 고조파만이 생성되게 되며, 상기 제 1 반복 제어기(80)는 상기 3상 부하에 의해 생기는 왜곡을 제거할 수 있도록 한다. 이를 위해서 상기 제 1 반복 제어기(801)는 입력 전원 주파수와 동일한 각속도를 갖는 회전 좌표계(d-q)에서 설계된다. 이는, 상기 제 1 고조파는 상기 회전 좌표계에서 6n(n은 자연수) 고조파처럼 동작하기 때문에 왜곡되는 고조파의 제거가 용이하며, 이때 상기 제 1 반복 제어기(801)의 상기 제 1 전달함수는 하기의 식과 같이 구성 된다.More specifically, referring to FIG. 8, the first repetitive controller 801 calculates a first harmonic component 6n
Figure 112013047935152-pat00024
1 (n is a natural number). The three-phase load is 120
Figure 112013047935152-pat00025
The three harmonics of the first harmonic 6n
Figure 112013047935152-pat00026
1 (n is a natural number) harmonics are generated, and the first iteration controller 80 can eliminate the distortion caused by the three-phase load. To this end, the first iteration controller 801 is designed in a rotational coordinate system (dq) having the same angular velocity as the input power frequency. This is because it is easy to remove distorted harmonics because the first harmonic operates like 6n (n is a natural number) harmonic in the rotation coordinate system, and the first transfer function of the first iteration controller 801 is expressed by the following equation Respectively.

Figure 112013047935152-pat00027
Figure 112013047935152-pat00027

상기 식5에서 식4 마찬가지로

Figure 112013047935152-pat00028
은 제 1 전달함수의 게인, N은 기본 주파수 동안의 샘플링 수,
Figure 112013047935152-pat00029
는 위상 지연값 및 Q(z)는 신호 필터값이다.Equation (5) to Equation (4)
Figure 112013047935152-pat00028
Is the gain of the first transfer function, N is the number of samples during the fundamental frequency,
Figure 112013047935152-pat00029
Is the phase delay value and Q (z) is the signal filter value.

상기 식 5를 살펴보면 상기 제 1 전달함수에서는

Figure 112013047935152-pat00030
값이
Figure 112013047935152-pat00031
으로 변경된 것으로, 상기 3상 부하에서는 상기 제 1 고조파인 6n
Figure 112013047935152-pat00032
1(n은 자연수)에 대한 고조파만이 발생하기 때문에 상기와 같은 제 1 전달함수만으로도 상기 고조파를 제거할 수 있다. 이와 같이 상기 제 1 전달함수를 조절하기 위해 상기 제 1 위상 제어부(502)에서 위상 지연 값을 제어하며, 상기 제 1 게인 결정부(503)는 상기 제 1 고조파인 6n
Figure 112013047935152-pat00033
1(n은 자연수)의 주파수에서 최대 게인 값을 가지도록 상기와 같이 상기 제 1 전달함수를 조절하여 시스템에서 상기 제 1 고조파인 6n
Figure 112013047935152-pat00034
1(n은 자연수) 고조파를 상쇄하여 제거할 수 있도록 한다.Referring to Equation 5, the first transfer function
Figure 112013047935152-pat00030
The value is
Figure 112013047935152-pat00031
And in the 3-phase load, the first harmonic 6n
Figure 112013047935152-pat00032
1 (where n is a natural number), the harmonics can be removed with only the first transfer function as described above. In order to adjust the first transfer function, the first phase controller 502 controls the phase delay value, and the first gain determiner 503 determines the first harmonic 6n
Figure 112013047935152-pat00033
1 (n is a natural number), the first transfer function is adjusted so that the first harmonic 6n
Figure 112013047935152-pat00034
1 (n is a natural number).

그러나 상기 제 1 반복 제어기(801)는 3상 부하에서 발생하는 상기 제 1 고조파인 6n

Figure 112013047935152-pat00035
1(n은 자연수) 고조파만을 제거할 수 있을 뿐, 단일 위상을 갖는 불균형 부하에서 발생하는 제 2 고조파인 6n
Figure 112013047935152-pat00036
3(n은 자연수)의 트리플렌 고조파(triplen harmonic)를 제거할 수 없다. 따라서, 이러한 상기 트리플렌 고조파를 제거하기 위해서 제 2 반복 제어기(802)를 고정 좌표계(
Figure 112013047935152-pat00037
)에서 설계하여 상기 제 2 고조파인 트린플렌 고조파를 제거하도록 한다. 상기 제 2 반복 제어기(802)는 단일 위상을 갖는 불균형 부하에서는 상기 제 2 고조파인 6n
Figure 112013047935152-pat00038
3(n은 자연수) 고조파가 발생하기 때문에 상기 회전 좌표계(d-q)가 아닌 상기 고정 좌표계(
Figure 112013047935152-pat00039
)에서 설계되도록 한다. 이를 위해서 상기 제 2 반복 제어기(802)는 제 2 전달함수를 가지며, 상기 제 2 전달함수는 제 2 위상 제어부(602)에서 위상 지연을 제어하며 제 2 게인 결정부(603)에서 상기 제 2 고조파인 6n
Figure 112013047935152-pat00040
3(n은 자연수)의 주파수에서 최대 게인 값을 가지도록 하여 시스템에 발생하는 상기 제 2 고조파인 6n
Figure 112013047935152-pat00041
3(n은 자연수) 고조파를 상쇄시킬 수 있도록 한다. 상기 제 2 반복 제어기(802)는 상기 고정 좌표계(
Figure 112013047935152-pat00042
)에서 상기 제 2 고조파인 6n
Figure 112013047935152-pat00043
3(n은 자연수) 고조파를 제거하기 위한 방법으로 하기와 같은 상기 제 2 전달 함수를 갖게 된다.However, the first iterative controller 801 is configured to control the first harmonic 6n
Figure 112013047935152-pat00035
1 (n is a natural number) harmonics can be removed, and the second harmonic 6n
Figure 112013047935152-pat00036
3 (n is a natural number) triplen harmonic can not be removed. Therefore, in order to remove the triplen harmonics, the second repetition controller 802 is connected to a fixed coordinate system
Figure 112013047935152-pat00037
To remove the trinflene harmonic of the second harmonic. The second iterative controller 802 receives the second harmonic 6n in an unbalanced load having a single phase,
Figure 112013047935152-pat00038
3 (n is a natural number) harmonics are generated. Therefore, the rotation coordinate system (dq)
Figure 112013047935152-pat00039
). For this, the second repetition controller 802 has a second transfer function, the second transfer function controls the phase delay in the second phase controller 602, the second gain determiner 603 determines the second harmonic 6n
Figure 112013047935152-pat00040
3 (n is a natural number), and the second harmonic 6n
Figure 112013047935152-pat00041
3 (n is a natural number) harmonics can be canceled. The second iterative controller 802 receives the fixed coordinate system
Figure 112013047935152-pat00042
), The second harmonic 6n
Figure 112013047935152-pat00043
3 (where n is a natural number) harmonic, and has the second transfer function as described below.

Figure 112013047935152-pat00044
Figure 112013047935152-pat00044

상기 식 6에서 식 4와 마찬가지로

Figure 112013047935152-pat00045
은 제 2 전달함수의 게인, N은 기본 주파수 동안의 샘플링 수,
Figure 112013047935152-pat00046
는 위상 지연값 및 Q(z)는 신호 필터값이다. 상기 식 6과 같은 상기 제 2 전달함수를 포함하는 상기 제 2 반복 제어기(802)는 상기 제 2 고조파인 6n
Figure 112013047935152-pat00047
3(n은 자연수) 주파수에서 최대 게인 값을 가지게 되어 시스템에서 상기 제 2 고조파를 상쇄시켜 고조파를 제거하게 된다.As in Equation 6, Equation 4
Figure 112013047935152-pat00045
Is the gain of the second transfer function, N is the number of samples during the fundamental frequency,
Figure 112013047935152-pat00046
Is the phase delay value and Q (z) is the signal filter value. The second repetition controller 802 including the second transfer function as shown in Equation (6) can calculate the second harmonic 6n
Figure 112013047935152-pat00047
3 (where n is a natural number) frequency to cancel harmonics by canceling the second harmonics in the system.

따라서, 상기 제 1반복 제어기(801)는 상기 제 1 고조파인 6n

Figure 112013047935152-pat00048
1(n은 자연수)의 고조파를 제거하며, 상기 제 2 반복 제어기(802)는 상기 제 2 고조파인 6n
Figure 112013047935152-pat00049
3(n은 자연수)의 고조파를 제거할 수 있기 때문에 상기 제 1 및 제 2 반복 제어기(801, 802)를 구비한 상기 분산 전원 장치는 모든 상기 홀수차 고조파를 제거할 수 있게 되며, 구형파의 모든 상기 짝수차 고조파는 서로 상쇄되어 없어지게 되는바 상기 공통 단자에서 왜곡되지 않은 정현파를 제공할 수 있게 된다. Therefore, the first iteration controller 801 receives the first harmonic 6n
Figure 112013047935152-pat00048
1 (n is a natural number), and the second repetition controller 802 removes harmonics of the second harmonic 6n
Figure 112013047935152-pat00049
3 (n is a natural number) harmonics can be removed. Therefore, the distributed power supply apparatus having the first and second repetitive controllers 801 and 802 can remove all the odd-order harmonics, The even-order harmonics cancel each other out, so that sinusoidal waves not distorted at the common terminal can be provided.

또한, 상기 제 1, 2 고조파 및 상기 짝수차 고조파를 제거함에 따라 상기 1/6배의 줄어든 시간을 갖는 상기 전달함수만으로 모든 고조파를 제거할 수 있게 되는바, 응답 속도를 기존의 반복제어기에 비해서 1/6배로 줄일 수 있게 왜곡 신호를 제거함과 동시에 시스템의 성능을 향상 시킬 수 있다.
In addition, by removing the first, second, and even-order harmonics, all the harmonics can be removed only by the transfer function having the reduced time of 1/6 times. As a result, It is possible to improve the performance of the system while removing the distortion signal so as to reduce it to 1/6 times.

110 : 분산 전원 장치 120 : 공통 단자
130 : 부하 201 : 공통 단자
202 : 전압 보상 장치 203 : PI controller
204 : 반복 제어기 205 : 부하
301 : 입력 전압 302 : 선로 저항
303 : 선로 인덕턴스 304 : 공통 단자 전압
305 : 불균형 부하 401 : PI controller
402 : 반복 제어기 501 : 제 1 시간 지연부
502 : 제 1 위상 제어부 503 : 제 1 게인 결정부
504 : 제 1 신호 필터부 601 : 제 2 시간 지연부
602 : 제 2 위상 제어부 603 : 제 2 게인 결정부
604 : 제 2 신호 필터부 701 : 시간 지연부
702 : 위상 제어부 703 : 게인 결정부
704 : 신호 필터부 801 : 제 1 반복 제어기
802 : 제 2 반복 제어기
110: Distributed power supply device 120: Common terminal
130: load 201: common terminal
202: Voltage compensator 203: PI controller
204: Repeat controller 205: Load
301: Input voltage 302: Line resistance
303: Line inductance 304: Common terminal voltage
305: Unbalanced load 401: PI controller
402 Repetition controller 501: First time delay unit
502: first phase control unit 503: first gain determination unit
504: first signal filter unit 601: second time delay unit
602: second phase control unit 603: second gain determination unit
604: Second signal filter unit 701: Time delay unit
702: phase control unit 703: gain determination unit
704: Signal filter unit 801: First repetition controller
802: second repetition controller

Claims (7)

공통 단자의 왜곡 전압을 보상하는 고조파 전압 보상 장치에 있어서,
상기 공통 단자로 들어오는 입력 신호를 입력 전원 주파수와 같은 각속도를 갖는 회전 좌표계로 변환하여 제 1 고조파 성분을 제거하는 제 1 반복 제어기; 및
상기 공통 단자로 들어오는 상기 입력 신호를 고정 좌표계로 변환하여 제 2 고조파 성분을 제거하는 제 2 반복 제어기를 포함하고,
상기 제 1 및 상기 제 2 반복 제어기에 의해 홀수차 고조파가 제거된 상기 입력 신호가 부하에 공급되며,
상기 제 1 반복 제어기는,
제 1 입력 신호 대비 제 1 출력 신호 값인 제 1 전달 함수를 가지며, 상기 제 1 전달 함수의 시간 지연 여부를 판단하는 제 1 시간 지연부;
상기 제 1 전달 함수의 위상차를 판단하는 제 1 위상 제어부;
입력 주파수에 따른 상기 제 1 전달함수 게인을 조절하는 제 1 게인 결정부;
및 상기 입력 주파수에 따라 상기 입력 신호를 필터링하는 제 1 신호 필터부;를 포함하는 고조파 전압 보상 장치.
A harmonic voltage compensating apparatus for compensating for a distortion voltage of a common terminal,
A first repetitive controller for converting an input signal input to the common terminal into a rotational coordinate system having an angular velocity equal to an input power supply frequency to remove a first harmonic component; And
And a second repetitive controller for converting the input signal coming into the common terminal into a fixed coordinate system to remove a second harmonic component,
The input signal from which odd-order harmonics have been removed by the first and second repeating controllers is supplied to the load,
Wherein the first repetition controller comprises:
A first time delay unit having a first transfer function that is a first output signal value relative to the first input signal and determining whether the first transfer function has a time delay;
A first phase control unit for determining a phase difference of the first transfer function;
A first gain determiner for adjusting the first transfer function gain according to an input frequency;
And a first signal filter for filtering the input signal according to the input frequency.
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 제 1 고조파는 6n
Figure 112014058364049-pat00050
1(n은 자연수)인 고조파 성분이고,
상기 제 1 전달함수 게인이 상기 제 1 고조파의 주파수에서 최대값을 가지도록 상기 제 1 전달함수의 계수를 제어하여 상기 입력 신호의 상기 제 1 고조파 성분과 결합되도록 하는 것을 특징으로 하는 고조파 전압 보상 장치.
The method according to claim 1,
The first harmonic is 6n
Figure 112014058364049-pat00050
1 (n is a natural number)
Wherein the coefficient of the first transfer function is controlled to be combined with the first harmonic component of the input signal so that the first transfer function gain has a maximum value at the frequency of the first harmonic. .
제 1항에 있어서,
상기 제 1 신호 필터부는 상기 제 1 전달 함수의 위상을 변화시키지 않는 저역 통과 필터인 것을 특징으로 하는 고조파 전압 보상 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the first signal filter unit is a low-pass filter that does not change the phase of the first transfer function.
제 1항에 있어서,
상기 제 2 반복 제어기는 제 2 입력 신호 대비 제 2 출력 신호 값인 제 2 전달 함수를 가지며,
상기 제 2 전달 함수의 시간 지연 여부를 판단하는 제 2 시간 지연부;
상기 제 2 전달 함수의 위상차를 판단하는 제 2 위상 제어부;
입력 주파수에 따른 상기 제 2 전달함수 게인을 조절하는 제 2 게인 결정부;
및 상기 입력 주파수에 따라 상기 입력 신호를 필터링하는 제 2 신호 필터부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고조파 전압 보상 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the second iteration controller has a second transfer function that is a second output signal value relative to the second input signal,
A second time delay unit for determining whether the second transfer function is delayed or not;
A second phase control unit for determining a phase difference of the second transfer function;
A second gain determiner for adjusting the second transfer function gain according to an input frequency;
And a second signal filter for filtering the input signal according to the input frequency.
제 5항에 있어서,
상기 제 2 고조파는 6n
Figure 112013047935152-pat00051
3(n은 자연수)인 고조파 성분이고,
상기 제 2 전달함수의 게인이 상기 제 2 고조파의 주파수에서 최대값을 가지도록 상기 제 2 전달함수의 계수를 제어하여 상기 입력 신호의 제 2 고조파 성분과 결합되도록 하는 것을 특징으로 하는 고조파 전압 보상 장치.
6. The method of claim 5,
The second harmonic is 6n
Figure 112013047935152-pat00051
3 (n is a natural number)
And the coefficient of the second transfer function is controlled to be combined with the second harmonic component of the input signal so that the gain of the second transfer function has a maximum value at the frequency of the second harmonic. .
제 5항에 있어서,
상기 제 2 신호 필터부는 상기 제 2 전달 함수의 위상을 변화시키지 않는 저역 통과 필터인 것을 특징으로 하는 고조파 전압 보상 장치.





6. The method of claim 5,
Wherein the second signal filter unit is a low-pass filter that does not change the phase of the second transfer function.





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